TianJinlishen، Guoxuan Hi-Tech اور دیگر ٹیموں نے بنیادی طور پر 300 Wh/kg پاور بیٹریوں کی تحقیق اور ترقی حاصل کی ہے۔ اس کے علاوہ، اب بھی بڑی تعداد میں یونٹس متعلقہ ترقیاتی اور تحقیقی کام انجام دے رہے ہیں۔

لچکدار پیکیجنگ لیتھیم آئن بیٹریوں کی ساخت میں عام طور پر مثبت الیکٹروڈ، منفی الیکٹروڈ، الگ کرنے والے، الیکٹرولائٹس، اور دیگر ضروری معاون مواد، جیسے ٹیبز، ٹیپس، اور ایلومینیم پلاسٹک شامل ہوتے ہیں۔ بحث کی ضروریات کے مطابق، اس مقالے کے مصنف نے نرم پیک لیتھیم آئن بیٹری میں موجود مادوں کو دو قسموں میں تقسیم کیا ہے: قطب پیس یونٹ کا مجموعہ اور غیر توانائی فراہم کرنے والا مواد۔ پول پیس یونٹ سے مراد ایک مثبت الیکٹروڈ کے علاوہ ایک منفی الیکٹروڈ ہے، اور تمام مثبت الیکٹروڈز اور منفی الیکٹروڈ کو کئی پول پیس یونٹس پر مشتمل پول پیس یونٹس کا مجموعہ سمجھا جا سکتا ہے۔ عدم تعاون کرنے والے توانائی کے مادے پول پیس یونٹس کے امتزاج کے علاوہ دیگر تمام مادوں کا حوالہ دیتے ہیں، جیسے ڈایافرام، الیکٹرولائٹس، پول لگ، ایلومینیم پلاسٹک، حفاظتی ٹیپ اور ٹرمینیشنز۔ ٹیپ وغیرہ۔ عام LiMO 2 (M = Co، Ni اور Ni-Co-Mn، وغیرہ)/کاربن سسٹم Li-ion بیٹریوں کے لیے، پول پیس یونٹس کا مجموعہ بیٹری کی صلاحیت اور توانائی کا تعین کرتا ہے۔

فی الحال، 300Wh/kg بیٹری ماس مخصوص توانائی کے ہدف کو حاصل کرنے کے لیے، اہم طریقوں میں شامل ہیں:

(1) اعلی صلاحیت والے مادی نظام کا انتخاب کریں، مثبت الیکٹروڈ ہائی نکل ٹرنری سے بنا ہے، اور منفی الیکٹروڈ سلکان کاربن سے بنا ہے۔

(2) چارج کٹ آف وولٹیج کو بہتر بنانے کے لیے ہائی وولٹیج الیکٹرولائٹ ڈیزائن کریں۔

(3) مثبت اور منفی الیکٹروڈ سلوری کی تشکیل کو بہتر بنائیں اور الیکٹروڈ میں فعال مواد کے تناسب میں اضافہ کریں۔

(4) کرنٹ جمع کرنے والوں کے تناسب کو کم کرنے کے لیے پتلے تانبے کے ورق اور ایلومینیم ورق کا استعمال کریں۔

(5) مثبت اور منفی الیکٹروڈ کی کوٹنگ کی مقدار میں اضافہ، اور الیکٹروڈ میں فعال مواد کے تناسب میں اضافہ؛

(6) الیکٹرولائٹ کی مقدار کو کنٹرول کریں، الیکٹرولائٹ کی مقدار کو کم کریں اور لتیم آئن بیٹریوں کی مخصوص توانائی میں اضافہ کریں۔

(7) بیٹری کی ساخت کو بہتر بنائیں اور بیٹری میں ٹیبز اور پیکیجنگ مواد کے تناسب کو کم کریں۔

بیلناکار، مربع ہارڈ شیل اور نرم پیک لیمینیٹڈ شیٹ کی بیٹری کی تین شکلوں میں سے، نرم پیک بیٹری لچکدار ڈیزائن، ہلکے وزن، کم اندرونی مزاحمت، پھٹنے میں آسان نہیں، اور بہت سے چکر، اور مخصوص توانائی کی خصوصیات رکھتی ہے۔ بیٹری کی کارکردگی بھی شاندار ہے۔ لہذا، لیمینیٹڈ سافٹ پیک پاور لیتھیم آئن بیٹری فی الحال ایک گرما گرم تحقیقی موضوع ہے۔ لیمینیٹڈ سافٹ پیک پاور لیتھیم آئن بیٹری کے ماڈل ڈیزائن کے عمل میں، اہم متغیرات کو مندرجہ ذیل چھ پہلوؤں میں تقسیم کیا جا سکتا ہے۔ پہلے تین کو الیکٹرو کیمیکل سسٹم اور ڈیزائن کے قواعد کی سطح سے متعین کیا جا سکتا ہے، اور بعد کے تین عام طور پر ماڈل ڈیزائن ہوتے ہیں۔ دلچسپی کے متغیرات.

(1) مثبت اور منفی الیکٹروڈ مواد اور فارمولیشنز؛

(2) مثبت اور منفی الیکٹروڈ کی کمپیکشن کثافت؛

(3) منفی الیکٹروڈ صلاحیت (N) سے مثبت الیکٹروڈ صلاحیت (P) (N/P) کا تناسب؛

(4) قطبی ٹکڑوں کی اکائیوں کی تعداد (مثبت قطبی ٹکڑوں کی تعداد کے برابر)؛

(5) مثبت الیکٹروڈ کوٹنگ کی مقدار (N/P تعین کی بنیاد پر، پہلے مثبت الیکٹروڈ کوٹنگ کی مقدار کا تعین کریں، اور پھر منفی الیکٹروڈ کوٹنگ کی مقدار کا تعین کریں)؛

(6) واحد مثبت الیکٹروڈ کا یک طرفہ علاقہ (مثبت الیکٹروڈ کی لمبائی اور چوڑائی سے متعین کیا جاتا ہے، جب مثبت الیکٹروڈ کی لمبائی اور چوڑائی کا تعین کیا جاتا ہے، منفی الیکٹروڈ کا سائز بھی طے کیا جاتا ہے، اور سیل کے سائز کا تعین کیا جا سکتا ہے)۔

سب سے پہلے، لٹریچر [1] کے مطابق، پول پیس اکائیوں کی تعداد، مثبت الیکٹروڈ کوٹنگ کی مقدار اور مثبت الیکٹروڈ کے واحد ٹکڑا کا ایک طرف کا رقبہ مخصوص توانائی اور توانائی کی کثافت پر۔ بیٹری پر تبادلہ خیال کیا جاتا ہے. بیٹری کی مخصوص توانائی (ES) کو مساوات (1) سے ظاہر کیا جا سکتا ہے۔

تصویر

فارمولے میں (1): x بیٹری میں موجود مثبت الیکٹروڈز کی تعداد ہے۔ y مثبت الیکٹروڈ کی کوٹنگ کی مقدار ہے، kg/m2؛ z ایک واحد مثبت الیکٹروڈ کا واحد رخا علاقہ ہے، m2؛ x∈N*, y > 0, z > 0; e(y, z) وہ توانائی ہے جس میں ایک قطب ٹکڑا یونٹ حصہ ڈال سکتا ہے، Wh، حساب کا فارمولا فارمولہ (2) میں دکھایا گیا ہے۔

تصویر

فارمولے میں (2): DAV اوسط ڈسچارج وولٹیج ہے، V؛ PC مثبت الیکٹروڈ ایکٹیو میٹریل کے ماس اور مثبت الیکٹروڈ ایکٹیو میٹریل کے علاوہ کنڈکٹیو ایجنٹ اور بائنڈر کے مجموعی ماس کا تناسب ہے، %; ایس سی سی مثبت الیکٹروڈ فعال مواد کی مخصوص صلاحیت ہے، آہ/کلوگرام؛ m(y, z) ایک قطبی ٹکڑا یونٹ، kg کا کمیت ہے، اور حساب کا فارمولا فارمولہ (3) میں دکھایا گیا ہے۔

تصویر

فارمولہ (3) میں: KCT یک رخی مثبت الیکٹروڈ کے یک رخی علاقے سے یک سنگی مثبت الیکٹروڈ (کوٹنگ ایریا اور ٹیب فوائل ایریا کا مجموعہ) کے کل رقبہ کا تناسب ہے، اور یہ ہے 1 سے زیادہ؛ TAL ایلومینیم کرنٹ کلیکٹر کی موٹائی ہے، m؛ ρAl ایلومینیم کرنٹ کلیکٹر کی کثافت ہے، kg/m3؛ KA ہر منفی الیکٹروڈ کے کل رقبہ کا ایک واحد مثبت الیکٹروڈ کے یک طرفہ علاقے کا تناسب ہے، اور 1 سے زیادہ ہے۔ TCu تانبے کے موجودہ کلیکٹر کی موٹائی ہے، m؛ ρCu تانبے کا کرنٹ کلیکٹر ہے۔ کثافت، kg/m3؛ N/P منفی الیکٹروڈ صلاحیت اور مثبت الیکٹروڈ صلاحیت کا تناسب ہے۔ PA منفی الیکٹروڈ ایکٹیو میٹریل ماس کا منفی الیکٹروڈ ایکٹیو میٹریل کے علاوہ کنڈکٹیو ایجنٹ اور بائنڈر کے مجموعی ماس کا تناسب ہے، %; SCA منفی الیکٹروڈ فعال مواد کی صلاحیت، Ah/kg کا تناسب ہے۔ M(x, y, z) غیر توانائی فراہم کرنے والے مادے کی کمیت ہے، kg، حساب کا فارمولا فارمولے میں دکھایا گیا ہے (4)

تصویر

فارمولہ (4) میں: kAP واحد مثبت الیکٹروڈ کے واحد رخا علاقے سے ایلومینیم پلاسٹک کے علاقے کا تناسب ہے، اور 1 سے زیادہ ہے؛ SDAP ایلومینیم پلاسٹک کی رقبہ کی کثافت ہے، kg/m2؛ mTab مثبت اور منفی الیکٹروڈز کا کل ماس ہے، جسے ایک مستقل سے دیکھا جا سکتا ہے۔ mTape ٹیپ کا کل ماس ہے، جسے مستقل کے طور پر شمار کیا جا سکتا ہے۔ kS پازیٹو الیکٹروڈ شیٹ کے کل رقبہ سے جداکار کے کل رقبہ کا تناسب ہے، اور 1 سے زیادہ ہے۔ SDS الگ کرنے والے کی رقبہ کی کثافت ہے، kg/m2؛ kE الیکٹرولائٹ اور بیٹری کا ماس ہے گنجائش کا تناسب، گتانک ایک مثبت نمبر ہے۔ اس کے مطابق، یہ نتیجہ اخذ کیا جا سکتا ہے کہ x، y اور z کے کسی ایک عنصر کے اضافے سے بیٹری کی مخصوص توانائی میں اضافہ ہوگا۔

پول پیس یونٹس کی تعداد کے اثر و رسوخ کی اہمیت کا مطالعہ کرنے کے لیے، بیٹری کی مخصوص توانائی اور توانائی کی کثافت پر مثبت الیکٹروڈ کی کوٹنگ کی مقدار اور واحد مثبت الیکٹروڈ کے یک طرفہ علاقے، ایک الیکٹرو کیمیکل نظام اور ڈیزائن کے اصول (یعنی الیکٹروڈ مواد اور فارمولے کا تعین کرنے کے لیے، کمپیکشن کثافت اور N/P، وغیرہ)، اور پھر آرتھوگونلی طور پر تین عوامل کی ہر سطح کو یکجا کریں، جیسے کہ قطبی ٹکڑوں کی اکائیوں کی تعداد، مقدار مثبت الیکٹروڈ کوٹنگ، اور مثبت الیکٹروڈ کے ایک ٹکڑے کے یک طرفہ علاقے، ایک مخصوص گروپ کے ذریعہ طے شدہ الیکٹروڈ مواد کا موازنہ کرنے کے لیے اور رینج کا تجزیہ حساب کی گئی مخصوص توانائی اور بیٹری کی توانائی کی کثافت کی بنیاد پر کیا گیا تھا۔ فارمولا، کمپیکٹڈ ڈینسٹی اور N/P۔ آرتھوگونل ڈیزائن اور کیلکولیشن کے نتائج ٹیبل 1 میں دکھائے گئے ہیں۔ آرتھوگونل ڈیزائن کے نتائج کا رینج طریقہ استعمال کرتے ہوئے تجزیہ کیا گیا، اور نتائج شکل 1 میں دکھائے گئے۔ ، مثبت الیکٹروڈ کوٹنگ کی مقدار، اور ایک واحد ٹکڑا مثبت الیکٹروڈ کا واحد رخا علاقہ۔ پول پیس اکائیوں کی تعداد کے تین عوامل، مثبت الیکٹروڈ کوٹنگ کی مقدار، اور ایک مثبت الیکٹروڈ کا یک طرفہ رقبہ، مثبت الیکٹروڈ کوٹنگ کی مقدار کی مخصوص توانائی پر سب سے اہم اثر پڑتا ہے۔ بیٹری کے یک طرفہ رقبہ کے تین عوامل میں سے، یک رخی کیتھوڈ کا یک طرفہ علاقہ بیٹری کی توانائی کی کثافت پر سب سے زیادہ اہم اثر ڈالتا ہے۔

تصویر

تصویر

شکل 1a سے دیکھا جا سکتا ہے کہ بیٹری کی مخصوص توانائی پول پیس یونٹس کی تعداد، کیتھوڈ کوٹنگ کی مقدار، اور سنگل پیس کیتھوڈ کے یک طرفہ علاقے کے ساتھ یک طرفہ طور پر بڑھ جاتی ہے، جو اس کی درستگی کی تصدیق کرتی ہے۔ پچھلے حصے میں نظریاتی تجزیہ؛ بیٹری کی مخصوص توانائی کو متاثر کرنے والا سب سے اہم عنصر مثبت کوٹنگ کی مقدار ہے۔ شکل 1b سے دیکھا جا سکتا ہے کہ بیٹری کی توانائی کی کثافت یکسر طور پر پول پیس یونٹس کی تعداد، مثبت الیکٹروڈ کوٹنگ کی مقدار، اور واحد مثبت الیکٹروڈ کے یک طرفہ علاقے کے ساتھ بڑھتی ہے، جو درستگی کی تصدیق بھی کرتی ہے۔ پچھلے نظریاتی تجزیہ کا بیٹری کی توانائی کی کثافت کو متاثر کرنے والا سب سے اہم عنصر یک رخی مثبت الیکٹروڈ کا واحد رخا علاقہ ہے۔ مندرجہ بالا تجزیہ کے مطابق، بیٹری کی مخصوص توانائی کو بہتر بنانے کے لیے، یہ مثبت الیکٹروڈ کوٹنگ کی مقدار کو زیادہ سے زیادہ بڑھانے کی کلید ہے۔ مثبت الیکٹروڈ کوٹنگ کی مقدار کی قابل قبول اوپری حد کا تعین کرنے کے بعد، گاہک کی ضروریات کو پورا کرنے کے لیے باقی فیکٹر لیولز کو ایڈجسٹ کریں۔ بیٹری کی توانائی کی کثافت کے لیے یہ کلیدی ہے کہ یک طرفہ ایریا کو یک طرفہ مثبت الیکٹروڈ کو زیادہ سے زیادہ بڑھایا جائے۔ یک طرفہ مثبت الیکٹروڈ کے یک طرفہ علاقے کی قابل قبول بالائی حد کا تعین کرنے کے بعد، گاہک کی ضروریات کو پورا کرنے کے لیے باقی فیکٹر لیولز کو ایڈجسٹ کریں۔

اس کے مطابق، یہ نتیجہ اخذ کیا جا سکتا ہے کہ بیٹری کی مخصوص توانائی اور توانائی کی کثافت یکطرفہ طور پر پول پیس یونٹس کی تعداد، مثبت الیکٹروڈ کوٹنگ کی مقدار، اور واحد مثبت الیکٹروڈ کے یک طرفہ علاقے کے ساتھ بڑھتی ہے۔ پول پیس یونٹس کی تعداد، مثبت الیکٹروڈ کوٹنگ کی مقدار، اور واحد مثبت الیکٹروڈ کا یک طرفہ رقبہ کے تین عوامل میں، بیٹری کی مخصوص توانائی پر مثبت الیکٹروڈ کوٹنگ کی مقدار کا اثر ہے۔ سب سے اہم؛ کے یک طرفہ رقبہ کے تین عوامل میں سے، یک رخی کیتھوڈ کا یک طرفہ علاقہ بیٹری کی توانائی کی کثافت پر سب سے زیادہ اہم اثر ڈالتا ہے۔

پھر، لٹریچر [2] کے مطابق، اس بات پر تبادلہ خیال کیا جاتا ہے کہ بیٹری کے معیار کو کیسے کم کیا جائے جب صرف بیٹری کی صلاحیت کی ضرورت ہو، اور بیٹری کے سائز اور کارکردگی کے دیگر اشارے متعین مادی نظام اور پروسیسنگ ٹیکنالوجی کے تحت درکار نہ ہوں۔ سطح مثبت پلیٹوں کی تعداد اور آزاد متغیر کے طور پر مثبت پلیٹوں کے پہلو تناسب کے ساتھ بیٹری کے معیار کا حساب فارمولہ (5) میں دکھایا گیا ہے۔

تصویر

فارمولہ (5) میں، M(x, y) بیٹری کا کل ماس ہے۔ x بیٹری میں مثبت پلیٹوں کی تعداد ہے۔ y مثبت پلیٹوں کا پہلو تناسب ہے (اس کی قدر چوڑائی کی لمبائی سے تقسیم ہونے کے برابر ہے، جیسا کہ شکل 2 میں دکھایا گیا ہے)؛ k1, k2, k3, k4, k5, k6, k7 گتانک ہیں، اور ان کی قدروں کا تعین بیٹری کی صلاحیت، میٹریل سسٹم اور پروسیسنگ ٹیکنالوجی کی سطح سے متعلق 26 پیرامیٹرز سے ہوتا ہے، جدول 2 دیکھیں۔ جدول 2 میں پیرامیٹرز کا تعین کرنے کے بعد ، ہر ایک عدد اس کے بعد یہ طے کیا جاتا ہے کہ 26 پیرامیٹرز اور k1, k2, k3, k4, k5, k6 اور k7 کے درمیان تعلق بہت آسان ہے، لیکن اخذ کرنے کا عمل بہت مشکل ہے۔ ریاضیاتی طور پر اعلان (5) کو اخذ کرتے ہوئے، مثبت پلیٹوں کی تعداد اور مثبت پلیٹوں کے پہلو تناسب کو ایڈجسٹ کر کے، کم از کم بیٹری کا معیار جو ماڈل ڈیزائن کے ذریعے حاصل کیا جا سکتا ہے حاصل کیا جا سکتا ہے۔

تصویر

شکل 2 پرتدار بیٹری کی لمبائی اور چوڑائی کا اسکیمیٹک خاکہ

جدول 2 پرتدار سیل ڈیزائن کے پیرامیٹرز

تصویر

ٹیبل 2 میں، مخصوص قدر 50.3Ah کی گنجائش والی بیٹری کی اصل پیرامیٹر ویلیو ہے۔ متعلقہ پیرامیٹرز اس بات کا تعین کرتے ہیں کہ k1, k2, k3, k4, k5, k6, اور k7 بالترتیب 0.041, 0.680, 0.619, 13.953, 8.261, 639.554, 921.609 ہیں۔ , x 21 ہے، y 1.97006 ہے (مثبت الیکٹروڈ کی چوڑائی 329 mln ہے، اور لمبائی 167 ملی میٹر ہے)۔ اصلاح کے بعد، جب مثبت الیکٹروڈ کی تعداد 51 ہوتی ہے، تو بیٹری کا معیار سب سے چھوٹا ہوتا ہے۔